Cours 3 Le cycle de Krebs 2022 23.pdf

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Nucleic Bases P COURS 3 acids Pentose s Le cycle de Krebs Cycle TCA Cycle des acides tricarboxyliques 1 Lieu du cycle de Krebs: la mitochondrie Membrane externe perméable aux molécules jusqu’à 5 kDa (composée de porines) Matrice: contient les enzymes du cycle de Krebs (SAUF la Succinate dehydrogenase) Membrane interne formant des invaginations (cristae) très imperméable ce qui requiert un transport actif secondaire pour le transport d’ions et petites molécules polaires. Procaryotes: le cycle se déroule dans le cytosol 2 Lieu du cycle de Krebs: la mitochondrie 3 Le Cycle de (Hans) Krebs…. Cours 11 Cycle de l’urée  Hans Krebs: 1er à formuler l’hypothèse d’un cycle qu’il nomme Cycle des Acides Tricarboxyliques (TCA cycle) Citrate Isocitrate  Hans Krebs découvre la réaction qui porte à la formation du citrate catalysée par la citrate synthase Cycle du citrate Hans Krebs (1900-1981) 1953: Prix Nobel de Physiologie et Médecine 4 Fonctions du Cycle de Krebs  1. Oxydation des composés à 2 Carbones ⇒ 2 CO2 + énergie transmise à la chaîne respiratoire  Compte pour les 2/3 de l’ATP généré par catabolisme  2. Rôle central dans le métabolisme intermédiaire Rôle amphibolique = catabolisme & anabolisme ⇒ Intermédiaires précurseurs biosynthétiques ⇒ Intermédiaires et réactions anaplérotiques 5 1. Oxydation des composés à 2 Carbones 1.1. Vue générale du cycle C2 C4 C6  Le cycle est constitué de 8 réactions chimiques impliquant des composés à 2C, 6C, 5C, 4C C4  Le cycle requiert: C6 coenzymes NAD+ (< niacine vit B3) TPP (< thiamine vit B1) Coenzyme A (< acide pantothénique vit B5) FAD (< riboflavine vit B2) C4 lipoate C5 minéraux (Mn2+ Ca2+ Fe2+ phosphate) C4 C4 6 1. Oxydation des composés à 2 Carbones 1.1. Vue générale du cycle C2 C4 C6 C4 C6 Les 8 e- des 2 C de l’acétyl CoA sont transférés à: 3 NAD+  3 NADH 1 FAD  1 FAD(2H) qui les transmettent à la chaîne respiratoire (COURS 4) C4 C5 Synthèse de 1 GTP/ATP C4 C4 7  1. Oxydation des composés à 2 Carbones 1.1. Vue générale du cycle Réaction 1: Condensation Réaction 8: dehydrogénation citrate synthase L-malate dehydrogenase 2 e- Réaction 2: Isomérisation Aconitase= aconitate hydratase Réaction 7: hydratation Réaction 3: décarboxylation fumarase=fumarate hydratase oxydative 2 e- Isocitrate dehydrogenase Réaction 6: dehydrogénation succinate dehydrogenase 2 e- Réaction 4: décarboxylation oxydative 2 e- α-ketoglutarate dehydrogenase Réaction 5: phosphorylation Synthèse de 1 GTP succinyl CoA synthetase=Succinyl CoA thiokinase 8 1. Oxydation des composés à 2 Carbones 1.2. Les réactions du cycle Réaction 1: Formation du citrate par la citrate synthase Synthase: condensation en l’absence de NTP ≠ synthetase: condensation en présence de NTP (très faible concentration ~10-6 M) Mécanisme: Condensation de Claisen (thioester et cétone) le 1er substrat à se lier est l’oxaloacétate (OAA) => changement de conformation permettant la création d’un site de liaison de l’acétyl CoA à l’enzyme (ci-contre) 9 1. Oxydation des composés à 2 Carbones 1.2. Les réactions du cycle Réaction 2: Formation de l’isocitrate par l’aconitase β α Centre fer/soufre (4Fe/4S) dans le site actif Liaison du substrat et de l’H20 Mécanisme: Transformation réversible via un intermédiaire cis-aconitate A l’équilibre, il y a succinyl CoA 19 1. Oxydation des composés à 2 Carbones 1.2. Les réactions du cycle Réaction 4: Oxydation de l’α-ketoglutarate par le complexe α-ketoglutarate dehydrogenase 4. E2 transfère les e- du lipoate réduit vers le FAD de l’activité E3 => Lipoate régénéré, redevient oxydé => FAD(2H) réduit 5. E3 transfère les e- du FAD(2H) réduit vers le NAD+ => FAD régénéré, redevient oxydé => NADH réduit + H+ 20 1. Oxydation des composés à 2 Carbones 1.2. Les réactions du cycle Réaction 4: Oxydation de l’α-ketoglutarate par le complexe α-ketoglutarate dehydrogenase Avantage d’un complexe multienzymatique: le produit d’une enzyme est transféré d’une enzyme à l’autre avec une perte minimale d’énergie Exemple de « SUBSTRATE CHANNELING » 21 1. Oxydation des composés à 2 Carbones Synthase: condensation en l’absence de NTP 1.2. Les réactions du cycle ≠ synthetase: condensation en présence de NTP Réaction 5: Conversion du succinyl CoA en succinate par la succinyl CoA synthetase Le nom de l’enzyme correspond à la réaction inverse c’est-à-dire à la synthèse de Succinyl CoA à partir de Succinate. Il y a dans ce sens « consommation » de GTP  synthetase Mécanisme: L’énergie d’hydrolyse de la liaison thioester est conservée dans la formation de la liaison phosphoryl (à haut potentiel énergétique) de GTP  « PHOSPHORYLATION AU NIVEAU DU SUBSTRAT » SEULE REACTION DU CYCLE DE KREBS ASSOCIE A CE MECANISME! Rq: GTP peut générer de l’ATP via l’activité de la nucléotide diphosphokinase (Cours 2). 22 1. Oxydation des composés à 2 Carbones 1.2. Les réactions du cycle Réaction 6: Oxydation du succinate par la succinate dehydrogenase Enzyme associée à la membrane interne de la matrice mitochondriale Mécanisme: L’oxydation du succinate se déroule en 3 réactions consécutives (réactions 6 à 8) dont la 1ere est une oxydation portant à la formation d’une liaison C=C (FAD est le coenzyme) Le malonate (inhibiteur compétitif) bloque le cycle de Krebs 23 1. Oxydation des composés à 2 Carbones 1.2. Les réactions du cycle Réaction 7: Hydratation du fumarate par la fumarase = fumarate hydratase Mécanisme: La fumarase: est une enzyme stéréospécifique  seul le fumarate (trans) et le L-malate sont substrats 24  1. Oxydation des composés à 2 Carbones 1.2. Les réactions du cycle Réaction 8: Oxydation du malate par la L-malate dehydrogenase Mécanisme:  3eme étape dans l’oxydation du succinate: le –OH du L-malate est oxydé en cétone C=O ∆G’°>0 mais comme [OAA] reste faible car il est utilisé comme substrat pour la citrate synthase => le cycle de Krebs continue à tourner 25 1. Oxydation des composés à 2 Carbones 1.3. Bilan du cycle H20 Réaction nette d’un tour de cycle de Krebs 1 Acetyl CoA + 3 NAD+ + 1 FAD + 1 GDP + 1 Pi + 2 H2O 2 CO2 + 1 CoA + 3 NADH + 3 H+ + 1 FAD(2H) + 1 GTP 26 1. Oxydation des composés à 2 Carbones 1.3. Bilan du cycle H20 Bilan énergétique global du cycle de Krebs ∆G’0 synthèse d’hème Malate => synthèse de glucose (via néoglucogenèse) oxaloacetate =>synthèse d’acides aminés (Asp Asn) et de pyrimidines (à partir de Asn) Cours 12 Cerveau: α−ketoglutarate => synthèse de Glu et γ-aminobutyric acid (GABA) servent de neurotransmetteurs 36  2. Rôle central dans le métabolisme intermédiaire 2.2. Intermédiaires et réactions anaplérotiques Si on déplète le cycle de Krebs en intermédiaires (oxaloacétate), il est nécessaire de compenser par un apport en intermédiaires pour maintenir le cycle actif (avec oxydation de l’acétyl CoA) Cours 7 Pyruvate carboxylase Foie reins Cours 11/12 Cours 12 TA: transaminases GDH: Glutamate dehydrogenase Dégradation des acides aminés Cours 12 Dégradation des Cours 9/12 acides aminés Oxydation acides gras (C impairs) Acides aminés branchés (sauf dans le foie) Cours 14 37 2. Rôle central dans le métabolisme intermédiaire 2.2. Intermédiaires et réactions anaplérotiques Cours 7 Néoglucogenèse Pyruvate carboxylase (PC) Réaction qui requiert de l’énergie (ATP) Enzyme présente dans de nombreux tissus (foie, cortex rénal) Quand [OAA] diminue=> taux de réaction de citrate synthase diminuée => [acetyl CoA] augmente => active la PC de façon allostérique Mécanisme: La PC contient une biotine (coenzyme-groupement prosthétique) qui forme un covalent intermédiaire avec le CO2, lequel sera alors transféré au pyruvate pour former de l’OAA. Biotine= vitamine B7 Requise dans l’alimentation Mais déficience rare 38 Dysfonctionnements du Cycle de Krebs  Un dysfonctionnement du cycle de Krebs s’accompagne:  Incapacité à synthétiser de l’ATP à partir des composés de l’alimentation  Accumulation des précurseurs/composés du cycle (pyruvate, α-KG) 39 Dysfonctionnements du Cycle de Krebs  Situations les plus communes:  O2 insuffisant pour accepter les e- transférés à la chaîne respiratoire  Déficience en thiamine (vitamine B1-précurseur du TPP) qui impacte sur les enzymes de la famille des dehydrogenases (PDC, α-KG dehydrogenase, branched-chain α-keto-acid dehydrogenase) diète pauvre (malnutrition, anorexie), alcoolisme (défaut d’absorption intestinale)  Déficience en PDC E1 sous-unité α (désordre lié à l’X dominant) Manifestations « Beriberi »: B1 déficience sévère et chronique Cœur, muscle squelettique et cerveau sont les plus impactés (glucose comme substrat majeur pour synthèse d’ATP) Acidose lactique (pyruvate >>> lactate) 40 Dysfonctionnements du Cycle de Krebs  Intoxication à l’arsenic L’arsenite (AsO32-) se lie aux groupements sulfhydryl présents dans le lipoate de l’activité enzymatique E2 de l’ αKG dehydrogenase, PDC ⇒ Complexe stable ⇒ Bloque l’oxydation des substrats ⇒ Bloque le cycle de Krebs 41  Les enzymes allostériques sont présentes Allostérie sous forme d’oligomères 42  EXERCICES COURS 3 Question 1 Un patient présente une acidémie lactique dûe à une diminution de l’activité de l’ αKG dehydrogenase. La mutation unique qui porte à ces modifications métaboliques est portée le plus probablement par laquelle de ces protéines? A. La sous-unité E3 de la pyruvate dehydrogenase B. La sous-unité E1 de la pyruvate dehydrogenase C. La sous-unité E2 de la pyruvate dehydrogenase D. La lactate dehydrogenase E. La pyruvate carboxylase  EXERCICES COURS 3 Question 2 Un patient diagnostiqué avec une déficience en thiamine présente fatigue et crampes musculaires (associées à l’accumulation d’acides métaboliques). Lequel de ces acides métaboliques va probablement s’accumuler? A. Isocitrate B. Pyruvate C. Succinate D. Malate E. Oxaloacetate  EXERCICES COURS 3 Question 3 La succinate dehydrogenase diffère des autres enzymes du cycle de Krebs car c’est la seule enzyme qui présente laquelle de ces caractéristiques? A. Elle est située à la membrane interne mitochondriale B. Elle est inhibée par le NADH C. Elle contient du FAD lié D. Elle contient des centres Fer/Soufre E. Elle est régulée par une kinase  EXERCICES COURS 3 Question 4 Pour lequel ces composés, une déficience pourrait porter à l’incapacité de produire du coenzyme A? A. Niacine B. Riboflavine C. Vitamine A D. Pantothénate E. Vitamine C  EXERCICES COURS 3 Question 5 L’un des rôles majeurs du cycle de Krebs est de générer des cofacteurs réduits pour la synthèse d’ATP dans la phosphorylation oxydative. Le composé donnant les 8 e- aux cofacteurs est lequel? A. Pyruvate B. AcetylCoA C. Lactate D. Oxaloacetate E. Phosphoenolpyruvate  EXERCICES COURS 3 Question 6 Un athlète coureur de fond s’entraîne pour un semi-marathon et dans ce cadre il fait en sorte que ses muscles utilisent les acides gras comme source d’énergie. Les acides gras sont convertis en acetylCoA dans la mitochondrie puis finalement oxydés dans le cycle TCA pour produire des cofacteurs réduits. Laquelle de ces affirmations décrit correctement la façon dont l’acetylCoA est métabolisé dans la mitochondrie? A. Une molécule d’acetylCoA produit 2 molécules de CO2, 3 molécules de NADH, 1 molécule de FAD(2H) et une molécule d’ATP B. Toute l’énergie pour les liaisons phosphate à haute énergie dérive de la phosphorylation oxydative C. Le NAD+ est le seul accepteur d’e- dans le cycle D. La phosphorylation au niveau du substrat génère une liaison phosphate à haute énergie dans le cycle E. Le cycle TCA nécessite de larges quantités de vitamine C et D comme coenzymes  EXERCICES COURS 3 Question 7 A la naissance, un nouveau-né mâle né à terme présente une acidose sévère due à une mutation dominante liée à l’X dans le gène codant pour la sous-unité α de E1 de la PDC. Comparé à un nouveau- né sain dans le même état diététique, quelle serait la conséquence de cette mutation? A. Une augmentation des concentrations plasmatiques de lactate et pyruvate B. Un rapport plus élevé de l’ATP/ADP dans les cellules du cerveau C. Une diminution du taux de la glycolyse D. Une augmentation de l’activité de la chaîne respiratoire dans les cellules nerveuses E. Une augmentation dans les niveaux plasmatiques d’acetylCoA  EXERCICES COURS 3 Question 8 Pour quelle raison une déficience en pyruvate carboxylase conduit à une acidose lactique? A. Une accumulation d’acetylCoA dans la mitochondrie B. Une activation allostérique de la lactate dehydrogenase C. Une accumulation de NADH dans la matrice mitochondriale D. Une activation allostérique de la PDC E. e accumulation de NADH dans la matrice mitochondriale